Новые снимки M87* показали неожиданные изменения магнитных полей у чёрной дыры

Новые изображения от коллаборации Event Horizon Telescope (EHT) показывают динамическую среду с изменяющимися паттернами поляризации, вызванными магнитными полями сверхмассивной чёрной дыры M87*. Автор: EHT Collaboration

Коллаборация Event Horizon Telescope (EHT) при значительном вкладе Института радиоастрономии Макса Планка представила новые детальные изображения сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики M87. Они демонстрируют динамическую среду с изменяющимися паттернами поляризации вблизи чёрной дыры. Впервые в данных EHT учёные также обнаружили признаки протяжённого джетного излучения у основания джета, где он соединяется с кольцом вокруг чёрной дыры.

Эти наблюдения, опубликованные в Astronomy & Astrophysics, дают новое представление о поведении материи и энергии в экстремальных условиях около чёрных дыр.

M87 находится примерно в 55 миллионах световых лет от Земли и содержит сверхмассивную чёрную дыру массой более 6 миллиардов масс Солнца. EHT — глобальная сеть радиотелескопов, действующая как обсерватория размером с Землю, — впервые запечатлела знаковое изображение тени чёрной дыры M87 в 2019 году, добавив карты поляризации в 2021 году.

Сравнив наблюдения 2017, 2018 и 2021 годов, учёные сделали следующий шаг к пониманию того, как магнитные поля около чёрной дыры меняются со временем.

Изменяющийся паттерн поляризации M87*

Между 2017 и 2021 годом паттерн поляризации неожиданно изменил направление. В 2017 году магнитные поля, казалось, закручивались одним способом; к 2018 году они стабилизировались, а в 2021 году развернулись в противоположную сторону. Такие изменения могут быть результатом как собственной магнитной структуры чёрной дыры, так и вмешивающейся материи, которая искажает поляризацию света на его пути к Земле.

Вместе эти вариации указывают на развивающуюся, турбулентную среду, в которой магнитные поля играют решающую роль в направлении того, как материя падает в чёрную дыру и как энергия направляется в джет, движущийся наружу. Это удивительное поведение бросает вызов существующим моделям и подчёркивает, как много ещё предстоит понять о процессах вблизи горизонта событий.

«Примечательно, что хотя размер кольца оставался неизменным на протяжении лет — что подтверждает тень чёрной дыры, предсказанную теорией Эйнштейна, — паттерн поляризации значительно меняется, — говорит Пол Тиде, астроном из Центра астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт. — Это говорит нам о том, что намагниченная плазма, вращающаяся вблизи горизонта событий, далека от статичности; она динамична и сложна, подталкивая наши теоретические модели к пределу».

Два новых телескопа в сети EHT

Важно, что наблюдения EHT 2021 года включили два новых телескопа — Китт-Пик в Аризоне и NOEMA во Франции, — которые повысили чувствительность массива и чёткость изображения. Это позволило учёным впервые с помощью EHT ограничить направление излучения основания релятивистского джета M87* — узкого луча энергетических частиц, вырывающихся из чёрной дыры почти со скоростью света.

Томас Крихбаум из MPIfR комментирует: «Эти многолетние наблюдения показывают, насколько турбулентна и динамична среда вблизи горизонта событий. Следующим шагом будет зафиксировать вариации кольца и джета с более частыми наблюдениями, в идеале в виде фильма, который позволит изучить ещё плохо понятную кинематику на масштабах горизонта событий».

Эти многолетние изображения углубляют наше понимание одной из самых экстремальных сред во Вселенной. Они подтверждают предсказания Эйнштейна, одновременно раскрывая новые сложности в магнитных полях и формировании джетов, предлагая беспрецедентный вид непосредственного окружения чёрной дыры.

Больше информации: Horizon-scale variability of from 2017-2021 EHT observations, Astronomy & Astrophysics (2025). DOI: 10.1051/0004-6361/202555855